水稻兩優(yōu)培九不同氮素處理葉片和籽粒蛋白質組學研究.pdf

1、本研究以超級雜交水稻“兩優(yōu)培九”為實驗材料，運用蛋白質組學方法和技術研究分析水稻生育后期不同氮素處理條件下葉片和籽粒蛋白質組變化，并鑒定分析了這些差異蛋白點的生物功能，試圖從氮素營養(yǎng)方面來探討氮素營養(yǎng)對雜交水稻灌漿過程中葉片及籽粒灌漿生理影響的分子機制，初步闡明制約生育后期弱勢粒灌漿不足，充實度差的分子機制。 本研究在水稻整個生育期設置不同的氮素處理(即正常供氮水平的1/2，正常供氮水平，正常供氮水平的2倍)，并于開花期以及開花

2、后25天分別提取不同處理葉片蛋白，通過雙向電泳(2-DE)和圖譜分析，葉片共發(fā)現(xiàn)17個蛋白質發(fā)生差異表達，這些蛋白質點經(jīng)過質譜分析和數(shù)據(jù)庫檢索，其中有16個得到鑒定。根據(jù)其功能，分為與植物光合作用有關的(有6個)分別為核酮糖-1，5-二磷酸活化酶、碳酸酐酶、核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶大亞基、光系統(tǒng)I，Rieske Fe-s蛋白以及Cytb6/f；與植物體能量代謝途徑相關(有2個)分別推定為葉綠體磷酸甘油酸激酶、核苷二磷酸激酶I

3、：與清除自由基有關的(有3個)推定為超氧化物歧化酶銅-鋅復合體、抗壞血酸過氧化物酶和Peroxiredoxin(PRX)家族蛋白；與蛋白質合成、貯藏蛋白及蛋白互作有關的酶(有3個)推定為葉綠體核糖體蛋白L1、Cupin家族、錨蛋白重復序列家族蛋白；與氮素同化有關的(有1個)為谷氨酰胺合成酶；其他功能類型蛋白(1個)其編號為OsO7g0212200(推測為具有催化活性的輔酶結合蛋白)。于開花后25天分別提取不同氮素處理的強弱勢粒蛋白，弱勢

4、粒共發(fā)現(xiàn)10個蛋白質發(fā)生差異表達，有9個蛋白得到鑒定。強勢粒發(fā)現(xiàn)5個蛋白質發(fā)生差異表達，其中有4個蛋白得到鑒定。 通過對葉片進行的差異蛋白質點鑒定結果的分析，研究發(fā)現(xiàn)與植物光合作用有關的蛋白占的比例比較大，而且表達量大，說明氮素營養(yǎng)對于光合的影響是通過影響與光合有關酶的活化、CO2的活化、光系統(tǒng)單位和電子傳遞鏈構成來影響和調(diào)節(jié)光合作用。同時氮素還影響了能量的合成和植物體內(nèi)氧自由基的產(chǎn)生和清除系統(tǒng)，在能量產(chǎn)生和氧自由基的清除方面起

5、生理功能的調(diào)節(jié)作用。另外，氮素還影響到蛋白質的合成儲藏及互作。在本研究中，一個與氮素同化有關的蛋白-一谷氨酰胺合成酶被鑒定出，隨著氮素水平的提高其表達量上調(diào)說明氮素直接促進了氮素代謝的同化酶GS的合成，從而影響氮素的同化和代謝。 通過對弱勢粒進行的差異蛋白質點鑒定結果的分析，發(fā)現(xiàn)ATP合酶、精氨(基)琥珀酸合酶、琥珀酰輔酶A合成酶、吲哚乙酸酰胺水解酶，蘋果酸脫氫酶，二氫硫辛酸乙酰(基)轉移酶，Ran GTP酶在二倍氮素處理下表達

6、量上調(diào)，弱勢粒中這些上調(diào)蛋白分別集中在：(1)能量合成的相關酶蛋白；(2)加速產(chǎn)能豐富的TCA循環(huán)；(3)促進生長和細胞分裂的生長素的釋放。結果說明能量和促生長是弱勢粒灌漿的主題。作為分子伴侶在籽粒灌漿中起調(diào)控作用的α-晶狀體球蛋白類型熱休克蛋白在正常氮素和2倍氮素處理時穩(wěn)定表達。通過對強勢粒進行的差異蛋白質點鑒定結果的分析，發(fā)現(xiàn)作為水稻儲藏蛋白的谷蛋白表達量隨著氮素水平的提高而提高，蓖麻蛋白B凝集素以及果糖二磷酸醛縮酶細胞質的同工酶與

7、高低氮兩種處理相比，正常氮素水平表達量最高。葡糖-1-磷酸腺苷?；D移酶主要與籽粒中淀粉的形成有關，二倍氮素處理與正常氮素相比，其表達量反而下降。這些點的表達量變化說明了強弱勢粒不同的灌漿階段其代謝特點和中心具有明顯區(qū)別，這時氮素影響的是強勢粒相關蛋白的貯藏和碳水化合物的代謝以及對于其呼吸作用的調(diào)控，這一階段的高氮水平對強勢粒淀粉的合成并非積極因素。 氮素是植物的生命元素，氮素營養(yǎng)對于植物生命活動的影響和調(diào)節(jié)具有重要作用，水稻生